DE60008241T2 - METHOD AND DEVICE FOR EPITACTICALLY GROWING A MATERIAL ON A SUBSTRATE - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum epitaktischen Wachsen eines Materials auf einem Substrat.The invention relates to a Method and apparatus for epitaxially growing a material on a substrate.
Herkömmliche Methoden benutzen im typischen Fall einen Epitaxie-Reaktor mit metall-organischer chemischer Dampfphasenablagerung (MOCVD). Bei einem derartigen Reaktor werden die Vorläufer, die die zu wachsenden Elemente enthalten, dem Substrat in Form eines Wafer zugeführt, der auf einem Waferträger ruht, der erhitzt wird. Die Wärme wird auf die Vorläufer übertragen, die in naszierende Atome gespalten oder dissoziiert werden, und diese naszierenden Atome werden dann auf der Oberfläche des Substrates kombiniert. Bei einem typischen Beispiel werden dem Substrat Trimethylgallium und Ammoniak zusammen mit Wasserstoff zugeführt, um eine Gallium-Nitrit-Schicht zu bilden.Conventional methods use in typical case an epitaxial reactor with metal-organic chemical Vapor phase deposition (MOCVD). In such a reactor the forerunners, which contain the elements to be grown, the substrate in the form of a Wafers fed, the one on a wafer carrier resting, which is heated. The heat is transferred to the forerunners, which are split or dissociated into nascent atoms, and these nascent atoms are then combined on the surface of the substrate. In a typical example, the substrate will be trimethyl gallium and ammonia along with hydrogen fed to a gallium nitrite layer to build.
Ein Problem bei bekannten Reaktoren besteht darin, dass die Vorläufer eine Spalttemperatur haben, die sehr viel höher ist als die idealen Wachstumstemperaturen. Beispielsweise erfordert Ammoniak im typischen Fall Temperaturen bis zu 1000°C oder mehr, um eine wirksame Spaltung zu bewirken, während die ideale Wachstumstemperatur in der Größenordnung von 650°C liegt.A problem with known reactors is that the forerunner have a gap temperature that is much higher than the ideal growth temperatures. For example, ammonia typically requires temperatures up to 1000 ° C or more to effect an effective cleavage while the ideal growth temperature in the order of magnitude of 650 ° C lies.
Das Problem bei herkömmlichen Reaktoren besteht darin, dass der Waferträger das Substrat auf einer relativ konstanten Temperatur hält, die im typischen Fall so gewählt wird, dass sie mit der idealen Wachstumstemperatur übereinstimmt, d.h. in diesem Fall 650°C. Die Vorläufer der Gruppe V, beispielsweise Ammoniak, werden bei dieser Temperatur nur sehr unwirksam gespalten.The problem with conventional Reactors consist of the wafer carrier placing the substrate on a maintains a relatively constant temperature, who typically chose so will match the ideal growth temperature, i.e. in this case 650 ° C. The forerunners Group V, for example ammonia, are at this temperature only split very ineffectively.
Die
Die
Gemäß einem Merkmal der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum epitaktischen Wachsen eines Materials auf einem Substrat, bei welchem Vorläufer, von denen wenigstens zwei unterschiedliche Zerlegungstemperaturen aufweisen, getrennt auf ihre jeweilige Zerlegungstemperatur in einem Bereich des Substrates oder in der Nähe hiervon erhitzt werden, um Spezies zu erzeugen, die getrennt aufeinanderfolgend dem Bereich zugeführt werden und die in dem Bereich kombiniert werden.According to a feature of the invention this relates to a method for epitaxially growing a material on a substrate, in which precursors, at least of which have two different decomposition temperatures, separated to their respective decomposition temperature in a region of the substrate or nearby of these are heated to produce species that are separated sequentially fed to the area and which are combined in the area.
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren werden die Vorläufer getrennt auf ihre jeweilige Zerlegungstemperatur in diesem Bereich oder benachbart hierzu erhitzt. Dieser Bereich bildet einen Wachstumsbereich, in dem die Spezies kombiniert werden. Auf diese Weise kann jeder Vorläufer auf seine günstigste Zerlegungstemperatur (Spalttemperatur) erhitzt werden, während dieses Verfahren benachbart zu dem Bereich durchgeführt wird, was die Gefahr vermindert, dass naszierende Atome sich wieder vereinigen, bevor die Substratoberfläche erreicht ist.In contrast to known methods become the forerunners separated to their respective decomposition temperature in this area or heated adjacent to it. This area forms a growth area in which the species are combined. This way everyone can precursor at its cheapest Cutting temperature (gap temperature) are heated during this Procedure is carried out adjacent to the area, which reduces the risk of that nascent atoms reunite before reaching the substrate surface is.
Die durch die Zerlegung erzeugten Spezies der Vorläufer sind hochreaktiv und bilden schnell stabilere Produkte. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Spezies in weitere Reaktionen verwickelt werden, ist eine Funktion der Zeit und der Konzentration. Durch Zerlegung der Vorläufer in der Nähe des Wachstumsbereichs werden die erzeugten Spezies angeregt, sich am Wachstumsbereich des Substrates zu kombinieren, statt unerwünschte Reaktionsprodukte zu bilden. Die Zerlegung der Vorläufer in dichter Nachbarschaft mit dem Wachstumsbereich verringert die Zeitdauer, in der unerwünschte Reaktionen auftreten können.The generated by the decomposition Forerunner species are highly reactive and quickly form stable products. The probability, that the species are involved in further reactions is one Function of time and concentration. By breaking down the forerunners into nearby of the growth area, the generated species are stimulated to combine at the growth area of the substrate instead of unwanted reaction products to build. The decomposition of the forerunners in close proximity with the growth area decreases the amount of time in which unwanted reactions may occur.
Vorzugsweise werden die Spezies von jedem Vorläufer getrennt dem Bereich nacheinander zugeführt. Die Spezies können getrennt dem Bereich durch Bewegung des Substrates zugeführt werden, um die Bewegung des Bereiches gegenüber den Stellen zu bewirken, an denen eine Zerlegung der Vorläufer auftritt. Im typischen Fall wird wenigstens einer der Vorläufer getrennt dem Bereich als Gasstrom zugeführt.Preferably the species of every precursor fed separately to the area one after the other. The species can be separated the area by movement of the substrate to be fed to the movement of the area opposite the places where a decomposition of the forerunners occurs. Typically, at least one of the precursors is separated from the area as Gas flow supplied.
Vorzugsweise können die Spezies aus Elementen der Gruppe III und der Gruppe V ausgewählt werden. Stattdessen können Elemente der Gruppe IV benutzt werden, beispielsweise Silizium und Kohlenstoff.Preferably, the species can be made up of elements Group III and Group V can be selected. Instead, items can Group IV can be used, for example silicon and carbon.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird einer der Vorläufer, vorzugsweise derjenige mit der niedrigsten Zerlegungstemperatur, auf seine Spalttemperatur durch Erhitzung des Substrates erhitzt. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein anderer der Vorläufer auf seine Spalttemperatur an einer Stelle benachbart zu dem Bereich erhitzt. Auf diese Weise kann das Substrat auf den Bereich von 550°C bis 800°C, beispielsweise auf 650°C, erhitzt werden, während der andere Vorläufer auf seine optimale Spalttemperatur, entweder direkt oder in Gegenwart eines Katalysators, erhitzt wird. Im typischen Fall liegt diese Temperatur in dem Bereich zwischen 400°C und 1800°C.According to the preferred embodiment becomes one of the forerunners, preferably the one with the lowest decomposition temperature, heated to its gap temperature by heating the substrate. In this preferred embodiment another of the forerunners to its gap temperature at a location adjacent to the area heated. In this way, the substrate can range from 550 ° C to 800 ° C, for example to 650 ° C, be heated while the other precursor its optimal gap temperature, either directly or in the presence a catalyst is heated. This is typically the case Temperature in the range between 400 ° C and 1800 ° C.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung betrifft diese eine Vorrichtung zum epitaktischen Wachsen eines Materials auf einem Substrat mit einer Kammer, die einen Substratsockel aufweist und einen ersten Einlass besitzt, um einen ersten Vorläufer zuzuführen, und die einen zweiten Einlass besitzt, der von dem ersten Einlass getrennt ist und einen zweiten Vorläufer zuführt, wobei erster und zweiter Vorläufer unterschiedliche Zerlegungstemperaturen aufweisen, wobei erste und zweite Heizeinrichtungen vorgesehen sind, um getrennt den ersten und zweiten Vorläufer auf ihre jeweilige Zerlegungstemperatur auf einem Bereich des Substrates oder in der Nähe hiervon aufzuheizen, um Spezies zu erzeugen, die getrennt dem Bereich zugeführt werden, und wobei Mittel vorgesehen sind, um die Spezies in Kombination dem Bereich zuzuführen, und wobei die Mittel zum aufeinanderfolgenden Zuführen der Spezies außerdem Mittel aufweisen, die eine Relativbewegung zwischen dem Substratsockel und wenigstens einem der Einlässe bewirken.According to a second feature of the invention, this relates to a device for epitaxially growing a material on a substrate a chamber having a substrate base and having a first inlet to supply a first precursor and having a second inlet separate from the first inlet and supplying a second precursor, the first and second precursors having different decomposition temperatures, wherein first and second heaters are provided to separately heat the first and second precursors to their respective decomposition temperatures on or near an area of the substrate to produce species that are separately supplied to the area and means are provided to control the Supplying species in combination to the region, and wherein the means for sequentially supplying the species further comprise means which cause relative movement between the substrate base and at least one of the inlets.
Vorzugsweise wird der zweite Einlass in einer Zuführungsleitung ausgebildet, die benachbart zum Substratträger liegt. Auf diese Weise kann der zweite Vorläufer in zweckmäßiger Weise nahe an das Substrat herangebracht werden.Preferably the second inlet in a feed line formed, which is adjacent to the substrate carrier. In this way can be the second precursor in an expedient manner be brought close to the substrate.
Der zweite Einlass kann verschiedene Formen annehmen, einschließlich beispielsweise einem kreisförmigen Loch oder dergleichen, aber vorzugsweise ist der zweite Einlass in Form eines langgestreckten Schlitzes ausgebildet.The second inlet can be different Take forms, including for example a circular one Hole or the like, but preferably the second inlet formed in the form of an elongated slot.
Die zweiten Heizeinrichtungen sind zweckmäßigerweise in oder benachbart zu dem Schlitz vorgesehen, obgleich sie auch im Abstand stromauf des Schlitzes angeordnet werden könnten.The second heaters are expediently provided in or adjacent to the slot, although they too could be spaced upstream of the slot.
Die Zuführungsleitung besteht im typischen Fall aus einem feuerfesten Material, beispielsweise aus Quarz, aus SiN oder Aluminiumoxid, während der zweite Einlass vorzugsweise eine Strahlöffnung definiert, die eine Querdimension von beispielsweise 2 mm besitzt.The feed line typically exists made of a refractory material, for example quartz, made of SiN or alumina during the second inlet preferably defines a jet opening that a Cross dimension of, for example, 2 mm.
Vorzugsweise definiert der zweite Einlass eine Auslassrichtung für den Vorläufer, die in einem spitzen Winkel gegenüber dem Substratträger verläuft, da dies einen Venturi-Effekt erzeugt, der andere Gase, wie Wasserstoff, die von einer entfernten Quelle zugeführt werden, anregt, unter der Leitung hinduchzutreten.Preferably the second defines Inlet an outlet direction for the forerunner which runs at an acute angle to the substrate carrier, because this creates a venturi effect that other gases, like hydrogen, which are supplied from a remote source, under which Line to step through.
Die zweite Heizeinrichtung ist im typischen Fall in Form eines Heizdrahtes ausgebildet, der beispielsweise aus Eisen, Nickel, Aluminium, Platin oder ihren Legierungen bestehen kann und der insbesondere aus Platin-Rhodium hergestellt wird. Der Draht ist im typischen Fall aufgespult.The second heater is in the typical case in the form of a heating wire, for example consist of iron, nickel, aluminum, platinum or their alloys can and which is made in particular of platinum-rhodium. The Wire is typically spooled.
Bei den meisten Anwendungen ist es erwünscht, das epitaktische Wachstum auf einen relativ großen Bereich des Substrates auszudehnen. Dies wird üblicherweise dadurch erreicht, dass der Bereich über das Substrat bewegt wird, indem beispielsweise Mittel vorgesehen werden, die eine Relativbewegung zwischen dem Substratträger und wenigstens einem der Einlässe bewirken.In most applications it is he wishes, epitaxial growth on a relatively large area of the substrate expand. This is usually achieved by moving the area over the substrate, for example, by providing means that have a relative movement between the substrate carrier and at least one of the inlets cause.
Ferner ist die Erfindung nicht beschränkt auf die Anordnung eines einzigen Bereichs auf einem einzigen Substrat. Beispielsweise können mehrere Zuführungsleitungen vorgesehen sein, um gleiche oder unterschiedliche Vorläufer auf dem Substrat zuzuführen, und die Leitungen und der Substratträger sind relativ zueinander beweglich, um die Leitungen auf die verschiedenen Bereiche auszurichten. Die Zuführungsleitungen können so angeordnet werden, dass die Vorläufer getrennt und nacheinander dem Bereich zugeführt werden.Furthermore, the invention is not limited to Arrangement of a single area on a single substrate. For example can several feed lines be provided to the same or different precursors to feed the substrate and the leads and substrate support are relative to each other movable to align the lines to the different areas. The supply lines can be arranged so that the precursors are separated and in sequence fed to the area become.
Einige Beispiele von Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:Some examples of procedures and Devices according to the invention are described below in conjunction with the accompanying drawings described. The drawing shows:
Der Reaktor gemäß
In einer Seitenwand der Reaktionskammer
Quer über die Reaktionskammer
Ein gerader Draht oder eine Spule
Bei der Benutzung wird ein Substrat
Eines oder mehrere Vorläufergase
Der Substratträger
Ein zweites Vorläufergas
Das Vorläufergas
Der Draht
Das Aufspritzen des zweiten Vorläufergases auf
den Bereich des Substrates hat einen Vorteil insofern, als der Strahl
als Gasabschirmung wirkt, die alles Vorläufergas
Um den Bereich des Wachstums einzustellen,
wird der Substratsockel
Dieses Verfahren kann wiederholt werden, um weitere Schichten auf dem Wafer abzulagern und um so einen Mehrschichtenwafer zu erzeugen, der Materialien unterschiedlicher Abmessungen, Dotierungen oder Zusammensetzungen enthält.This procedure can be repeated to deposit more layers on the wafer and so on to produce a multilayer wafer, the materials of different Contains dimensions, dopings or compositions.
Die Abgase treten schließlich durch
einen Auslass
Eine Anwendung der Erfindung ist die Erzeugung von Mikrowelleneinrichtungen und von opto-elektronischen Einrichtungen. Diese Einrichtungen werden schichtweise mit unterschiedlichen Materialien hergestellt, die verschiedene elektrische Eigenschaften besitzen. Die Konfiguration dieser Schichten bestimmt, ob die Einrichtung für eine Mikrowellenemission oder eine Lichtemission vorgesehen ist, d. h. für einen Feldeffekttransistor oder für eine Leuchtdiode. Um eine optimale Durchführung zu erreichen, müssen die Schichten wachsen, womöglich mit der idealsten Temperatur. Diese Temperatur hängt ab vom Material und der herzustellenden Einrichtung. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Wachstumstemperatur der Materialien nicht durch die Notwendigkeit kompromittiert, eine hohe Temperatur zum Aufbrechen des Voriäufermaterials, beispielsweise von Ammoniak, zu haben. Vorteilhafterweise schafft die Erfindung die Möglichkeit, Vorläufer zu benutzen, die sonst in der Gasphase nicht kompatibel wären, beispielsweise Dicyclopentadienylmagnesium, da diese sonst Niederdampfdruckaddukte mit Spezies der Gruppe V bilden würden, beispielsweise aus Ammoniak.One application of the invention is the production of microwave devices and opto-electronic Institutions. These facilities are layered with different ones Materials made that have different electrical properties have. The configuration of these layers determines whether the facility for one Microwave emission or light emission is provided, d. H. for one Field effect transistor or for one Led. To achieve an optimal implementation, the Layers grow, if possible with the most ideal temperature. This temperature depends on the material and the device to be manufactured. The advantage of the present invention is that the growth temperature of the materials is not compromised by the need to use a high temperature Breaking up the forerunner material, for example of ammonia. Advantageously creates the invention the possibility precursor use that would otherwise not be compatible in the gas phase, for example dicyclopentadienyl magnesium, since these would otherwise have low-vapor pressure adducts with Group V species would educate for example from ammonia.
Ein zweites Beispiel der vorliegenden
Erfindung ist in
Die Injektorleitung
Im Betrieb wird sowohl die äußere als
auch die innere Zelle evakuiert, um das Druckdifferential über den
inneren Zellwänden
Bei diesem Beispiel sind Injektorleitung
Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel
nach
Die Leitungen
Bei diesem Beispiel ist jede Leitung
mit Heizdrähten
ausgestattet, um die getrennten Vorläufer mit ihrer jeweiligen Temperatur
zu zerlegen. Die Leitungen
Diese Anordnung ist insbesondere
vorteilhaft insofern, als die Vorrichtung eingerichtet werden kann
zur Herstellung von Einrichtungen in großen Mengen, ohne die Gasströmung oder
die Chemie in der Nähe
eines jeden Substrates zu ändern.
Dies kann erreicht werden, indem der Radius des kreisförmigen Susceptors
Obgleich in
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: VEECO PROCESS EQUIPMENT INC., PLAINVIEW, N.Y., US |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: ABITZ & PARTNER, 81677 MUENCHEN |